JP3349710B2

JP3349710B2 - 電解槽および電解水生成装置

Info

Publication number: JP3349710B2
Application number: JP51415099A
Authority: JP
Inventors: 文武佐藤; 一好荒井; 紀之柳原; 達也内藤
Original assignee: Miz Co Ltd
Current assignee: Miz Co Ltd
Priority date: 1997-08-27
Filing date: 1998-05-27
Publication date: 2002-11-25
Anticipated expiration: 2018-05-27
Also published as: WO1999010286A1; CA2270199A1; CA2270199C; US6251259B1

Description

【発明の詳細な説明】技術分野本発明は、飲料水や点滴液、注射液等に用いて好まし
い還元性電解水やその他の電解水を生成するための電解
槽および電解水生成装置に関する。

背景技術水を電気分解して得られるアルカリ性電解水は、胃腸
内の異常醗酵や消化不良、下痢、胃酸過多などを抑制す
るといった医療的効果があることが報告されていたが、
その原因については、アルカリ性電解水に含まれるカル
シウム、ナトリウム、マグネシウム、カリウム等のミネ
ラル成分が陽イオンとして存在することであると考えら
れていた。そのため、かかる医療的効果を得るためのア
ルカリ性電解水は、専ら含有金属イオンとpH値とが制御
対象とされ、カルシウム等が添加された水をpHが９程度
又はそれ以上に達するまで電気分解を行うことにより生
成されていた。

しかしながら、病気は、生体内に生じた活性酸素が生
体分子を酸化することにより当該生体分子が損傷を受け
ることが主な原因であり、こうした活性酸素は、水素イ
オンとの還元反応によって無毒の水に戻すことができ
る。そして、この反応をより促進すれば医療的効果が発
揮され、そのためには、酸化還元電位（ORP）がマイナ
スで、絶対値が大きい電解水（たとえばORPが−300mV以
下）を用いることが望ましいことが本願出願人の研究に
より判明した。

ところで、この種の還元性を有する電解水を飲料水、
点滴液、注射液、透析液等に使用する場合、pHは極力中
性に維持することが望ましいとされる。しかしながら従
来の電解水生成装置では、pHが中性で酸化還元電位がマ
イナス側に小さい電解水を生成することができなかっ
た。すなわち、従来の電解水生成装置で水を電気分解す
ると、pHとORPとが相関的に変化し、pHを10程度まで大
きくするとORPも−500mV程度まで小さくなるが、pHが６
〜８といった中性付近の電解水では、ORPが最小でも−1
50mV程度にしか低下しなかった。つまり、従来の電解水
生成装置ではpHとORPとを互いに独立して制御すること
ができなかった。

発明の開示本発明は、このような従来技術の問題点に鑑みてなさ
れたものであり、pHとORPとを互いに独立して制御でき
る電解槽および電解水生成装置を提供することを目的と
する。

［１］上記目的を達成するために、本発明の電解槽
は、被電解原水が導入される電解室と、前記電解室内と
前記電解室外とのそれぞれに隔膜を挟んで設けられた少
なくとも一対の電極板とを有し、前記電解室外の電極板
が前記隔膜に接触または僅かな隙間を介して設けられて
いることを特徴とする。

本発明の電解槽では、電解室内と電解室外とのそれぞ
れに隔膜を挟んで電極板対が設けられ、当該隔膜の外部
に一方の電極板が接触または僅かな隙間を介して設けら
れている。そして、電解室に原水を流しながら電極板対
に電流を流すことで電気分解が行われる。

ここで、隔膜を挟んで設けられた電極板対の間、特に
電解室外の電極板と隔膜との間には、隔膜の含水性や電
極板と隔膜との間における毛細管現象によって被電解原
水が介在するので、両電極板間に電流が流れることにな
る。

このとき生じる化学反応を、電解室内の電極板をマイ
ナス、電解室外の電極板をプラスとした場合で説明す
る。

まず電極板対に直流電圧を印加すると、電解室内の陰
極板の表面では、 2H₂O＋2e^-→2OH^-＋H₂↑ …（１）なる反応が生じ、隔膜を挟んだ電解室外の電極板の表
面、すなわち当該電極板と隔膜との間においては、 H₂O−2e^-→2H⁺＋1/2・O₂↑ …（２）なる反応が生じる。

本発明の電解槽では、隔膜と電解室外の電極板（陽
極）とがほぼ接触しているので、その間で生じた上記
（２）式のH⁺イオン（実際にはオキソニウムイオンH₃O⁺
の形で存在する。）は陽極板で強く反発することにな
り、隔膜方向へ比較的大きな電気的力が加わる。これに
より、H⁺イオンは隔膜に含蓄されながらここを通過し、
その一部が陰極板から電子e^-を受容して、下記（３）式
のとおり水素ガスとなって陰極側の生成電解水中に溶け
込む。

2H⁺＋2e^-→H₂↑ …（３）これにより、陰極側（すなわち電解室内）で生成され
る電解水は、通常よりも酸化還元電位（ORP）が低い（O
RPがマイナスで、絶対値が大きい電解水、以下、電解還
元水ともいう。）となる。

ちなみに、上記隔膜を通過したH⁺イオンの残余は、電
解室中のOH^-イオンと反応して水に戻るため（2H⁺＋OH^-
→H₂O）、電解室で生成される電解還元水のpHは若干中
性に近づくことになる。

［２］また、本発明の電解槽において、隔膜および電
極板対を少なくとも二対設ければ、電解室内に少なくと
も２つの電極板が設けられることになるので、これら同
極性の電極板間においても上記（１）式の反応が進行す
る。したがって、隔膜を挟んで一対の電極板を設けた場
合に比べて、単位容積当たりの電解反応面積が増加し、
電解効率が向上するとともに電解槽をコンパクトに構成
することができる。

また、本発明の電解槽では、隔膜と電解室外の電極板
（陽極）とがほぼ接触して設けられ、隔膜と電解室外の
電極板との間に介在する水のみが通電媒体となることか
ら、上記（２）式で生じた酸素ガスはそのまま大気中に
放出されることになる。したがって、いわゆる無隔膜電
解に比べると、生成される電解水中の溶存酸素量が著し
く少なくなり、さらに酸化還元電位が低くなる。

これと同時に、上記（２）式右辺のH⁺イオンおよび酸
素ガスが、隔膜と電解室外の電極板との間から排出され
ると、化学平衡の点から（２）式の右方向への反応が活
発になる傾向がある。これにより、陰極板から水分子H₂
Oへの電子供与能と、陽極板の水分子H₂Oから受ける電子
受容能とが活性化されるので、長時間の電気分解を行っ
ても通電量が低下することなく、安定した電解水を得る
ことができる。

本発明の電解槽において、隔膜および電極板対を少な
くとも二対設ける場合、電解室外に設けられた少なくと
も２つの電極板の何れか一つが、第２の電解室に設けら
れていることがより好ましい。そして、この第２の電解
室に被電解原水（必要に応じて電解質を添加しても良
い。）を供給し、上述した本来の電解室（以下、便宜的
に第１の電解室ともいう。）に被電解原水を流しなが
ら、二対の電極板のそれぞれに電流を流すことで電気分
解を行う。

ここで、第１の電解室内の電極板をマイナス、第１の
電極室外の電極板をプラスとした場合を例に挙げて説明
すると、第２の電解室に設けられた陽極板とこれと対を
なす陰極板との間で行われる電気分解については、両電
解室に充分な被電解原水が供給されているので、陰極板
近傍で生成される電解還元水のpHが上昇するとともにOP
Rも低下し、さらにミネラル成分が凝縮される。

これに対して、他方の陽極板とこれと対をなす陰極板
との間で行われる電気分解については、陽極板が設けら
れた室が大気解放されているので、陰極板近傍で生成さ
れる電解還元水のpHはさほど上昇せず、ミネラル成分も
変化しないが、上述した理由によりORPは低下する。

一般に、電解水のORPは、pHが高いほど容易に低くす
ることができるので、大きな還元電位を有する電解水を
生成したい場合にはpHを高くすることが有利である。

このように、一つの電解槽内に異なる物性値を有する
電解水を生成する電極板対が存在するので、これらの電
極板対を必要に応じて適宜制御することで、pHおよびOR
Pを被電解原水の水質（pHおよびORP）の違いに影響され
ることなくコントロールすることができる。

この場合、被電解原水が導入され隔膜により仕切られ
た第１の電解室および第２の電解室と、前記第１の電解
室と前記第２の電解室とのそれぞれに隔膜を挟んで設け
られた少なくとも一対の電極板とを有する第１の電解槽
と、前記第１の電解槽の前記第１の電解室で生成された
電解水が導入される第３の電解室と、前記第３の電解室
内と前記第３の電解室外とのそれぞれに隔膜を挟んで設
けられた少なくとも一対の電極板とを有し、前記第３の
電解室外の電極板が前記隔膜に接触または僅かな隙間を
介して設けられている第２の電解槽とを備えたことを特
徴とする電解槽とすることで、pHとORPとの組み合わせ
の自由度をより高めることができる。

［３］本発明の電解槽には限定されないが、電解槽の
逆洗浄方法として、たとえば、電解室内に設けられた電
極板の一方に陽極または陰極の何れか一方の電圧を印加
するとともに電極板の他方に陽極または陰極の何れか他
方の電圧を印加して第１の逆洗浄を行ったのち、電極板
の印加電圧極性を反転させて第２の逆洗浄を行うことが
好ましい。このとき、特に限定されないが、第１および
第２の逆洗浄中に電解室外に設けられた電極板には電圧
を印加しないことが好ましい。

逆洗浄の一般的手法は、印加極性を単に反転させ、そ
れまで陰極が印加されてスケールが付着した電極板に陽
極を印加することで、その付着したスケールを電気的に
溶出させるものである。したがって、上述した本発明の
電解槽でもこうした逆洗浄の手法を採用することは可能
である。

しかしながら、逆洗浄中においても陰極が印加された
電極板にはスケールが付着することになる。上述した本
発明の電解槽では、正電解に移行してこの電極板に陽極
が印加されたときに、当該電極板には被電解原水が供給
されないので、一旦付着したスケールは除去し難い。こ
のため、第１の電解室内に設けられた少なくとも２つの
電極板を用いて、この電極板のみに逆洗浄電流を流すこ
とでこれらの電極板に付着したスケールを除去する。

こうすると、第１の電解室外に設けられた電極板には
スケールが付着せず、また、逆洗浄も第１の電解室内に
設けられた電極板のみに電流を流すことで行えるので電
力が半分で足り、または同じ電流であれば逆洗浄時間を
半分に短縮することができる。

［４］上述した本発明の電解槽は単独でも使用できる
が、複数の電解槽と、前記電解槽の各電解室に並列的に
原水を導入する給水系と、前記各電解室で生成された電
解水を並列的に取り出す取水系とを備えたことを特徴と
する電解水生成装置として構成することもできる。

本発明の電解槽および電解水生成装置において、電解
室外の電極板は隔膜に接触または僅かな隙間を介して設
けられているが、これは隔膜の表面に電極膜を形成する
ことも含む概念である。

本発明の電解槽および電解水生成装置に用いられる隔
膜としては、特に限定されないが、多孔性膜、陽イオン
交換膜、陰イオン交換膜などを挙げることができる。要
するに、本発明に係る隔膜は、少なくとも水分子が通過
できる多孔性と含水性を有するものであればよい。

また、本発明の電解槽および電解水生成装置におい
て、電極板の隔膜に対面する主面に他の導体や半導体を
積層することもできる。本発明ではこれらを含めて電極
板と称するものとする。

本発明の電解槽および電解水生成装置にて生成された
電解水の用途は特に限定されず、飲料用や医療用の他に
も医療分野、食品分野、農業分野、工業分野など、幅広
い分野に適用することができる。

なお、本発明の電極槽および電解水生成装置により得
られる電解水は、酸化還元電位の値がpHに依存しない点
に特長があることから、本明細書では、陰極側で生成さ
れる電解水をアルカリ性電解水ではなく電解還元水と、
陽極側で生成される電解水を電解酸化水ではなく電解酸
化水と称することとする。

図面の簡単な説明図１は本発明の第１実施形態を示す断面図、図２および図３は第１実施形態の逆洗浄方法を説明す
るための断面図、図４は本発明の第２実施形態を示す断面図、図５は本発明の第３実施形態を示すシステム図、図６は本発明の第４実施形態を示す断面図、図７は連続運転時間に対するpHの変化を示すグラフ、図８は連続運転時間に対するORPの変化を示すグラ
フ、図９は比較例として用いた従来の電解槽を示す縦断面
図、図10は本発明の第４実施形態の具体例を示す縦断面
図、図11は本発明の第４実施形態の他の具体例を示す縦断
面図、図12は本発明の第５実施形態を示す縦断面図、図13は本発明の第６実施形態を示すシステム図、図14は本発明に係る隔膜および電極の他の例を示す断
面図、図15は第２実施形態の変形例を示す断面図である。

発明を実施するための最良の形態以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

［第１実施形態］図１は本発明の第１実施形態を示す縦断面図であり、
本発明の電極槽の基本的構造を示すものである。

本実施形態の電解槽11には、原水を導入する導入口11
1と生成された電解水を取り出すための導出口112とが形
成されており、これら導入口111と導出口112との間に電
解室113が形成されている。特に限定はされないが、本
例の電解槽11では、ケーシング114の底面に、図示する
紙面に対して垂直方向に原水が導入されるように導入口
111が形成され、ケーシング114の頂面に、図示する紙面
に対して垂直方向に電解水が取水されるように導出口11
2が形成されている。

また、電解槽11の左右の側壁には多孔性隔膜115が設
けられており、この隔膜115の室外のそれぞれに電極板1
16が接触した状態で設けられている。他方の電極板117
は、その主面が一方の電極板116にそれぞれ対面するよ
うに電解室113内に設けられている。

これら二対の電極板116,117には、直流電源12が接続
されており、隔膜115を挟んで対向する一対の電極板11
6.117の一方に陽極が、他方の電極板に陰極が印加され
るようになっている。例えば、電解室113にて電解還元
水を生成する場合には、図１に示されるように、電解室
113内に設けられた電極板117に直流電源の陰極が接続さ
れ、電解室113外に設けられた電極板116に陽極が接続さ
れる。

なお、電解室113にて電解酸化水を生成する場合に
は、電解室113内に設けられた電極板117に直流電源の陽
極を接続し、電解室113外に設けられた電極板116に陰極
を接続すれば良い。

本実施形態で用いられる隔膜115は、電解室113に流さ
れる水がしみ込みやすく、かつしみ込んだ水が垂れ難い
性質のものが好ましい。すなわち、本実施形態の電解槽
11では、電解中において隔膜115自体および隔膜115と電
極板116の僅かな隙間Ｓに水膜が形成され、この水膜を
介して両電極板116,117に電流が流れる。したがって、
この水膜を構成する水が順次入れ替わることが電解効率
を高める上で重要となる。また、隔膜115にしみ込んだ
水が、隔膜115と電極板116との間から漏れるとその処理
が必要となるため、しみ込んだ水が垂れ落ちない程度の
含水性を有することが好ましい。

隔膜115の一例として、骨材がポリエステル不織布ま
たはポリエチレンスクリーン、膜材質が塩素化エチレン
またはポリフッ化ビニリデンと酸化チタンあるいはポリ
塩化ビニルであって、厚さが0.1〜0.3mm、平均孔径が0.
05〜1.0μｍ、透水量が1.0cc/cm²・min以下の多孔性膜
を例示することができる。

一方、こうした隔膜115を挟んで対向して配置される
一対の電極板116,117の板間距離は、0mm〜5.0mm、より
好ましくは1.5mmである。ここで電極板116,117の板間距
離が0mmとは、たとえば図14に示されるように隔膜115の
両主面のそれぞれに電極膜を直接形成したゼロギャップ
電極を用いた場合であり、実質的には隔膜115の厚さ分
の距離を有することをいう。ゼロギャップ電極は隔膜11
5の一方の主面のみに電極を形成しても良い。また、こ
のようなゼロギャップ電極を採用する場合には、電極表
面から発生するガスを隔膜115とは反対の背面側へ逃が
すための孔または隙間を電極板116,117に設けておくこ
とが望ましい。

また、電解室113内に設けられる電極板117,117の板間
距離は、特に限定されないが、0.5mm〜5mm、より好まし
くは1mmである。

このような電解槽11を用いて電解還元水を生成する場
合には、まず、電解室113内に設けられた２枚の電極板1
17,117に直流電源12の陰極（−）を接続するとともに、
電解室113外に設けられた電極板116,116に直流電源12の
陽極（＋）を接続し、隔膜115を挟んでそれぞれ対向す
る二対の電極板116,117に電圧を印加する。そして、導
入口111から水道水などの水を導入すると、電解室113で
は水道水の電気分解が行われ、電極板117の表面及びそ
の近傍で、上述した（１）式の反応が生じる。また、隔
膜115を挟んだ電解室113外の電極板116の表面、すなわ
ち当該電極板116と隔膜115との間においては、上述した
（２）式の反応が生じる。

このH⁺イオンは、隔膜115に含蓄されながらここを通
過し、その一部が陰極板117から電子e^-を受容して、水
素ガスとなって陰極側の生成電解水中に溶け込む。これ
により、陰極側（すなわち電解室113内）で生成される
電解水は、通常よりも酸化還元電位（ORP）が低い電解
還元水となる。

また、隔膜115を通過したH⁺イオンの残余は、電解室1
13中のOH^-イオンと反応して水に戻るため、電解室113で
生成される電解還元水のpHは、若干中性に近づくことに
なる。つまり、pHはさほど高くないがORPが低い電解還
元水が得られることになる。このようにして生成された
水酸化物イオンを含む電解還元水は、導出口112から供
給される。

ところで、水道水を被電解原水として電気分解を続け
ると、水道水に含まれたカルシウムイオンやマグネシウ
ムイオンが陰極板117の表面に析出し、これがスケール
となって電解効率が低下する原因となる。このため、あ
る時間電気分解を行ったら陰極板117に析出したスケー
ルを除去する、いわゆる逆洗浄を行うことが行われる。
本実施形態の電解槽11についても、こうした逆洗浄をあ
る間隔で実施する。

最も単純な逆洗浄の方法として、それまで印加されて
いた極性を単に反転させる方法が考えられる。すなわ
ち、上述したアルカリ性電解水を生成する場合について
いえば、電解室113内に設けられた２枚の電極板117,117
に直流電源12の陽極（＋）を接続するとともに、電解室
113外に設けられた電極板116,116に直流電源12の陰極
（−）を接続し、隔膜115を挟んでそれぞれ対向する二
対の電極板116,117に電圧を印加する。これにより、そ
れまで陰極が印加されてスケールが付着した電極板117
においては、付着したプラスの金属イオンは、陽極が印
加されることで水道水中に溶出し、導出口112から排出
されることになる。

本発明の電解槽では、こうした逆洗浄方式も勿論採用
することができるが、電解室113外に設けられた電極板1
16に陰極を印加すると、今度は逆洗浄中に当該電極板11
6にスケールが析出することになり、図１に示す構造の
ものでは、次に行われる正電解において、電極板116に
析出したスケールを除去するのが困難となる。これを続
けると、電極板116に析出するスケールが除去に増加
し、電解効率の低下を招くおそれもある。

そこで、本実施形態の逆洗浄は、図２及び図３に示す
ように、電解室113内に設けられた２枚の電極板117,117
にのみ電圧を印加してスケール除去を行うこととしてい
る。すなわち、まず図２に示すように、電解室113内に
設けられた２枚の電極板117,117のうちの一方（ここで
は左側の電極板117）の極性はそのままマイナスとし、
他方（ここでは右側の電極板117）の極性を反転させて
プラスの電圧を印加する。これにより、電解室113内で
は、２枚の電極板117,117間に電流が流れ、プラスの電
圧が印加された右側の電極板117に析出したスケールが
水道水中に溶出する。

これを一定時間続けたのち、図３に示すように、今度
は２枚の電極板117,117の印加極性を反転させる。つま
り、左側の電極板117にプラス電圧、右側の電極板117に
マイナス電圧を印加し、２枚の電極板117,117間に電流
を流すことで、今度は左側の電極板117に析出したスケ
ールを除去する。

こうした逆洗浄方式を採ることで、逆洗浄時に消費さ
れる電力が半分となり、または同じ消費電力を使用する
とすれば逆洗浄時間が半分となる。また、逆洗浄時に電
解室113外に設けられた電極板116には通電しないので、
当該電極板116は専ら陽極電圧のみが印加されることに
なる。したがって、耐久性能の点から、両極での使用が
可能な高価な板材を用いる必要がなく、あるいは貴金属
コーティングを施す場合にあっては膜厚を薄くすること
ができる。

ちなみに、上述した実施形態では電解還元水を生成す
る場合を例に挙げて本発明の電解槽11を説明したが、本
発明の電解槽11は電解酸化水を生成する場合にも適用で
きる。この場合には、電解室113内に設けられた２枚の
電極板117,117に直流電源12の陽極（＋）を接続すると
ともに、電解室113外に設けられた電極板116,116に直流
電源12の陰極（−）を接続し、隔膜115を挟んでそれぞ
れ対向する二対の電極板116,117に電圧を印加すればよ
い。

そして、導入口111から水道水などの水を導入する
と、電解室113では水道水の電気分解が行われ、電極板1
17の表面及びその近傍で、上記（２）式の反応が生じる
一方、隔膜115を挟んだ電解室113外の電極板116の表
面、すなわち当該電極板116と隔膜115との間の水膜にお
いては、上述した（１）式の反応が生じる。

このOH^-イオンは、隔膜115に含蓄されながらここを通
過し、その一部が陰極板117に電子e^-を受渡して、酸素
ガスとなって陽極側の生成電解水中に溶け込む。これに
より、陽極側（すなわち電解室113内）で生成される電
解水は、通常よりも酸化還元電位（ORP）が高い電解酸
化水となる。

また、隔膜115を通過したOH^-イオンの残余は、電解室
113中のH⁺イオンと反応して水に戻るため、電解室113で
生成される電解酸化水のpHは、若干中性に近づくことに
なる。つまり、pHはさほど低くないがORPが高い電解酸
化水が得られることになる。こうして生成された水素イ
オンを含んだ電解酸化水は、導出口112から供給され
る。

本実施形態の電解槽11をさらに具体的に説明する。

図１に示す基本的構造を有する電解槽11を用い、pHが
7.9、ORPが＋473mVの水道水を４リットル/min流し、１
枚の面積が24cm²の電極板116,117に電圧を印加して14A
の一定電流にて電気分解を行った。

また、隔膜115として、骨材がポリエステル不織布、
膜材質がポリフッ化ビニリデンと酸化チタン、厚さが0.
12mm、平均孔径が0.4μｍ、透水量が0.3cc/cm²・min以
下の多孔性膜を用い、電極板116,117の距離は、1mm、電
極板117,117の距離は1mmとした。

この結果、生成直後において、pH＝9.03、ORP＝−550
mVの電解還元水が得られた。また、この電解還元水を静
置し、５分後、10分後および30分後のpHおよびORPを測
定したところ、表１のようになった。

これによれば、電解初期においてpHは９を越えていた
が、すぐにpHが下がりpH＝８で安定した。これは、隔膜
115と陽極板116との間の水膜で生じたH⁺イオンが隔膜11
5を通過して電解室113に移動し、当該電解室113内のOH^-
イオンと中和反応することが原因であると考えられる。

［第２実施形態］本発明の電解槽は、図１に示す基本的構造を有する
が、実施化に際しては種々の形態が考えられる。図４は
本発明の第２実施形態を示す縦断面図であり、図１に示
す本発明の電解槽11の基本構成と共通する部材には同一
の符号を付してある。

本実施形態の電解槽11では、電解室113外に設けられ
た電極板116,116の一方の電極板116（ここでは左側）
が、第２の電解室118に設けられている点が上記第１実
施形態と相違している。この第２の電解室118は、ケー
シング114の一方の側壁に形成され、ここに被電解原水
が導入される。この第２の電解室118への被電解原水の
導入は、通水であっても、単に被電解原水を満たすだけ
であっても良い。

こうした電解槽11によれば、右側の電極板対116およ
び117により生成される電解還元水は、既述したようにp
Hをさほど上昇させることなくORPを特異的にマイナス側
に大きくできる。これに対して、左側の電極板対116お
よび117により生成される電解還元水は、pHが大きくORP
もマイナス側に大きくなる。

したがって、本電解槽11の導出口112からは、これら
２種類の電解還元水が混合されたものが取水されるの
で、右側の電極板対116および117と左側の電極板対116
および117とのそれぞれに流す電流を制御することで、p
HおよびORPの組み合わせを任意に調節することができ
る。

このことは、特に被電解原水の水質が異なる場合に有
効である。たとえば、被電解原水のpHやORPは地域や季
節によってそのバランスが大きく変動することが少なく
なく、こうした場合に本実施形態の電解槽11を用いれ
ば、pHとORPとのバランスを所望の値に制御することが
できる。

本実施形態の電解槽11をさらに具体的に説明する。

図４に示す基本的構造を有する電解槽11を用い、pHが
7.9、ORPが＋473mVの水道水を電解室113に４リットル/m
in流すとともに、第２の電解室118には１リットル/min
流し、１枚の面積が24cm²の電極板116,117に電圧を印加
して7Aの一定電流にて電気分解を行った。

この結果、生成直後において、pH＝9.57、ORP＝−657
mVの電解還元水が得られた。また、この電解還元水を静
置し、５分後および10分後のpHおよびORPを測定したと
ころ、表２のようになった。

次に、図４において第２の電解室118に設けられた対
の電極板116,117に流れる電流値を3Aおよび5Aとして、
上記と同様の条件で電解水を生成した。この結果を表２
に示す。

これによれば、電極板対に流す電流値をそれぞれ適宜
調節することにより、所望のpHおよびORPの電解水を生
成することができる。

上述した第２実施形態の変形例として、２以上の電解
槽を直列的に接続することも考えられる。たとえば図15
に示す電解槽11は、一般的な通水式電解槽11A（第１の
電解槽）と第１実施形態の電解槽11B（第２の電解槽）
とを直列に接続したものである。

第１の電解槽11Aのケーシング114Aの一端には、水道
水などの被電解原水が導入される導入口111Aが形成さ
れ、また、ケーシング114A内には、隔膜115Aを挟んで対
をなす電極板116A,117Aが設けられている。本例では、
ケーシング114Aの両側に２対の隔膜115Aおよび電極板対
116A,117Aが設けられている。これにより、２つの隔膜1
15A,115Aの間に電解室113Aが形成されるとともに、隔膜
115A,115Aの外側に第２の電解室118A,118Aが形成され
る。

なお、第２の電解室の下流に位置するケーシング114A
には、当該第２の電解室118Aで生成された電解水を系外
へ排出するための排出口118Aaが設けられている。

第１の電解槽11Aの下流側には上述した第１実施形態
（図１参照）の電解槽11Bが接続されており、同一部材
には同一の符号を付してある。

図15に示すように、第１の電解槽11Aと第２の電解槽1
1Bとを直列に接続し、この電解槽11でORPが小さい電解
還元水を生成すると、まず第１の電解槽11AではpHが大
きい（アルカリ性）電解水が生成され、これを被電解原
原水として第２の電解槽11Bに導入すると、当該第２の
電解槽11Bでは主としてORPをマイナス側に大きくするこ
とができる。すなわち、第１の電解槽11AにてpH調整を
実施し、第２の電解槽11BにてORPの調整を実施すること
ができ、さらにpHとORPとの組み合わせ自由度の高い電
解水が得られる。

［第３実施形態］図５は上述した本発明の電解槽11を用いて構成した電
解水生成装置１の実施形態を示すシステム図であり、上
述した第１又は第２実施形態の電解槽11が並列的に接続
されており、これら電解槽11のそれぞれの導入口111に
被電解原水を供給する給水系13が設けられている。

この給水系13は、メイン給水配管131とここから分岐
された複数の分岐給水配管132とからなり、メイン給水
配管131には、被電解水中の異物を濾過するためのスト
レーナ133が設けられ、先端には手動バルブ134が設けら
れてドレインを構成している。

各分岐給水配管132には、減圧弁135および電磁弁136
が設けられ、この先でさらに分岐されて、定流量弁137
および手動バルブ138が設けられている。

一方、並列的に設けられた電解槽11の導出口112には
取水系14が設けられている。この取水系14は、電解槽11
のそれぞれの導出口112を集約するメイン取水配管141
と、その先端に設けられた電動バルブ142と、このメイ
ン取水配管141から分岐されたドレイン配管143と、この
ドレイン配管143に設けられた電動バルブ144とから構成
されている。

なお、図示は省略するが、各電解槽11には図１又は図
４に示す直流電源12が接続されている。

こうした電解水生成装置１を用いて所望の電解水を生
成するには、まずメイン給水配管131の先端の手動バル
ブ134を閉じ、各分岐給水配管132の手動バルブ138を開
いておく。そして、メイン給水配管131に原水を供給
し、各分岐給水配管132の電磁弁136および取水系14の電
動バルブ142を制御する。

特に限定はされないが、運転方法の一例として、何れ
か一つの電解槽11を順に逆洗浄することが好ましい。つ
まり、何れか一つの電解槽11は常に逆洗浄中であり、残
りの電解槽11が電解水を生成中であるように制御する
と、取水系14で取り出される電解水の水質が常に一定と
なる。

［第４の実施形態］図６は本発明の電解槽の第４実施形態を示す断面図で
あり、図１に示す電解槽11の基本構成と共通する部材に
は同一の符号を付してある。本例は、隔膜115および電
極板116,117が一対のみ設けられている点が第１実施形
態と相違する。

こうした電解槽11を用いても基本的には上述した第１
実施形態と同様の作用効果を奏するが、本実施形態をさ
らに具体化して説明する。

実施例１として、図６に示す基本的構造を有する電解
槽を用い、pHが7.2、ORPが＋450mVの水道水を４リット
ル/min流し、30Vの電圧を印加して電気分解を行った。
両電極板116,117に流れた電流は4A（120W）であった。
また、隔膜115として、骨材がポリエステル不織布、膜
材質がポリフッ化ビニリデンと酸化チタン、厚さが0.12
mm、平均孔径が0.4μｍ、透水量が0.3cc/cm²・min以下
の多孔性膜を用い、電極板116,117の距離は、1mmとし
た。

この結果、pH8〜９、ORP＝−220mVの電解還元水が得
られた、また、この電気分解を１時間継続したが、図７
および８に示すように、pHおよびORPの値は殆ど変化し
なかった（実施例１参照）。なお、図７に示すように電
解初期においてpHが９を越える電解水が得られたが、す
ぐにpHが下がりpH＝９で安定した。これは、隔膜115と
陽極板116との間の水膜で生じたH⁺イオンが隔膜115を通
過して電解室113に移動し、当該電解室113内のOH^-イオ
ンと中和反応することが原因であると考えられる。

これに対する比較例１として、図９に示すように電極
板116側にも電解室113'を有し、電極板116と隔膜115と
の距離が大きい（0.5mm）電解槽を作製し、実施例１と
同様に、pHが7.2、ORPが＋450mVの水道水を４リットル/
min流し、12Vの電圧を印加して電気分解を行った。両電
極板116,117に流れた電流は10A（120W）であった。隔膜
115は実施例１と同じものを用い、電極板116,117の距離
は1mmとし、隔膜115が中央に位置するようにセットし
た。

この結果、電解初期には、pH＝８〜９、ORP＝−200mV
のアルカリ性の電解水が得られた。しかしながら、この
電気分解を１時間継続すると、図７および８に示すよう
に20分経過したところでpHおよびORPが変動し始め、そ
れ以上電気分解できなかった。これは、電解室113'内が
電解酸化水で飽和状態となったためと考えられる。

ちなみに実施例２として、実施例１と同じ電解槽を用
い、電極板116,117への印加電圧極性を反転させ、また
被電解原水としてpHが7.4、ORPが＋350mV、DO（溶存酸
素量）が6.4ppmの水道水を用いた以外は、実施例１と同
じ条件で電気分解を行った。これを１時間継続したが、
pHが6.9、ORPが＋560mV、DOが10.0ppmの安定した電解酸
化水を得ることができた。

第４実施形態の電解槽を実施するに際しては、種々の
形態が考えられ、図10はその一例を示す縦断面図、図11
は他の例を示す縦断面図であり、図１に示す本発明の電
解槽の基本構成と共通する部材には同一の符号を付して
ある。

図10に示す電解槽11は、縦断面が直方体形状に形成さ
れたケーシング114を有し、その下端には、紙面に垂直
に延在する被電解原水の導入口111（具体的には原水の
導入用パイプ）が設けられ、上端には、同じく紙面に垂
直に延在する電解水の導出口112（具体的には電解水の
導出用パイプ）が設けられている。

また、この電解槽11内には、一対の電極板116,117が
固定されており、さらに一方の電極板116には隔膜115が
たとえば一体的に取り付けられている。これら電極板11
7と隔膜115との間が電解室113となるが、一体的に構成
された隔膜115と電極板116との間に隙間Ｓが形成され、
ここにも水が存在することになる。

電極板116および隔膜115を一体的に組み立てるととも
に、後述するガス室119との水密性を確保するために、
これら電極板116および隔膜115の周囲にはパッキン151
が嵌合されている。また、他方の電極板117を電解槽11
のケーシング114に固定するために、当該電極板117の周
囲にもパッキン152が嵌合されている。

特に本実施形態の電解槽11では、電解室113の外部に
ガス室119が形成されており、電極板116側の表面、すな
わち隙間Ｓで生じたガスを当該ガス室119へ効率よく集
約できるようになっている。「119a」はガス室119に放
出されたガスを所望の部位へ排出するための排出口であ
る。

ちなみに、隔膜115と接触していない電極板117の背面
にも室119'が形成されているが、これは必須のものでは
なく省略することもできるが、電解槽11を対称形にする
ことで陽極と陰極との互換性を高めるために好ましく用
いることができる。たとえば、電解還元水と電解酸化水
との両電解水が生成できる装置とする場合、電極板116,
117への印加回路に極性反転回路を設ければ足りるが、
これを設けることができない場合には、図７に示す電極
板116および隔膜115のユニットと電極板117とを差し替
えることで対応することができる。なおこの場合、室11
9'の上部に開設された排出口119a'は不要であるため、
プラグ153などで閉塞しても良い。

これに対して、図11に示す電解槽11では円筒状のケー
シング114が採用されている。また、この円筒形のケー
シング114に応じて、上下端が開口した円筒形の電極板1
16と、同じくこれに接触するとともに上下端が開口した
円筒形隔膜115を有し、さらに電解室113の中央にはたと
えば中実状の電極棒117が設けられている。

電解槽11の下端には被電解原水の導入口111が設けら
れ、上端には電解水の導出口112が設けられており、導
入口111から導入された被電解原水は、電極棒117と円筒
状隔膜115との間に形成された円筒状の電解室113を通過
して電解されたのち、導出口112から取り出される。

電解槽11の外部には、上述した図10に示す例と同じガ
ス室119が全周にわたって形成されており、円筒状隔膜1
15と円筒状電極板116とで形成された円筒状の隙間Ｓ
（ここに水膜が形成される）で生じたガスが集約され、
排出口119aから排出される。

このような円筒状電解槽11によっても同じ作用効果が
得られる。

［第５実施形態］上述した第１〜第４実施形態は、本発明を通水型電解
槽に適用した例であったが、本発明はバッチ型電解槽に
も適用することができる。図12は本発明の電解槽をバッ
チ型電解槽に応用する際の基本構成を示す概念図であ
り、図１に示す基本構成と共通する部材には同一の符号
を付している。この種のバッチ型電解槽によっても目的
とする特性、なかでもpH値に依存することなく酸化還元
電位の絶対値が大きい電解還元水または電解酸化水を長
時間にわたって生成することができる。

［第６実施形態］本発明の電解槽を備えた電解水生成装置は、リアルタ
イムで電解水を供給する他、貯留タンクに投入した被電
解原水を循環することで多量の電解水を生成する場合に
も適用することができる。

図13は本発明の電解水生成装置の第６実施形態を示す
図であり、本発明を飲料用として応用したものである。
家庭用あるいは業務用として用いられる飲料水の代わり
に電解還元水を用いることができるが、この場合、同図
に示すように貯水タンク50に水道水を溜め、これをポン
プＰにより本発明の電解水生成装置１に導き、上述した
ような電気分解を行って電解還元水を生成し、これを貯
水タンク50に戻す。この循環をある時間継続すると、pH
が中性に近く、ORPが低い電解還元水が得られる。

より具体的に説明すると、pHが7.2、ORPが＋450mV、D
Oが7.0の水道水20リットルを貯水タンク50に投入し、第
４実施形態で説明した電解槽を有する電解水生成装置を
用いて25分間ポンプを作動させ、貯水タンク50内の水を
電解水生成装置１に循環させながら電気分解を行った。
電解水生成装置１の生成量は４リットル／分、電極板間
に流れた電流は10A（一定）であった。貯水タンク50内
に貯留された電解水のpH、ORP（mV）、DO（ppm）を測定
したところ、表３に示す結果が得られ、洗浄力に影響が
あるORPの低い電解水が生成された。

なお、以上説明した実施形態は、本発明の理解を容易
にするために記載されたものであって、本発明を限定す
るために記載されたものではない。したがって、上記の
実施形態に開示された各要素は、本発明の技術的範囲に
属する全ての設計変更や均等物をも含む趣旨である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者内藤達也神奈川県藤沢市善行１丁目16番５号ミズ株式会社内 (56)参考文献特開平７−966（ＪＰ，Ａ) 特公平２−5477（ＪＰ，Ｂ２) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) C02F 1/46 C25B 9/00 ＷＰＩ（ＤＩＡＬＯＧ)

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】被電解原水が導入される電解室と、前記電
解室内と前記電解室外を区画する一つ以上の隔膜と、前
記電解室内外のそれぞれに、前記隔膜を挟んで設けられ
た少なくとも一つ以上の電極板対と、を有し、前記電解
室外の電極板が前記隔膜に接触または僅かな隙間を介し
て設けられていることを特徴とする電解槽。
【請求項２】被電解原水が導入される電解室と、その主
面が相互に対面するように設けられ、前記電解室内と前
記電解室外を区画する二つの隔膜と、前記電解室内外の
それぞれに、前記二つの隔膜をそれぞれ挟んで設けられ
た二つの電極板対と、を有し、前記電解室外の電極板が
前記隔膜に接触または僅かな隙間を介して設けられてい
ることを特徴とする電解槽。
【請求項３】請求の範囲第１項に記載の電解槽と、当該
電解槽に対して電解電圧を供給する電源回路と、を備え
る電解水生成装置であって、前記電源回路は、電解水生成工程において、前記電解室
内に設けられた電極板に陽極又は陰極の何れか一方の極
性の電圧を印加するとともに、前記電解室外に設けられ
た電極板に、前記電解室内に設けられた電極板とは異な
る極性の電圧を印加することを特徴とする電解水生成装
置。
【請求項４】請求の範囲第２項に記載の電解槽と、当該
電解槽に対して電解電圧を供給する電源回路と、を備え
る電解水生成装置であって、前記電源回路は、電解水生成工程において、前記電解室
内に設けられた電極板に陽極又は陰極の何れか一方の極
性の電圧を印加するとともに、前記電解室外に設けられ
た電極板に、前記電解室内に設けられた電極板とは異な
る極性の電圧を印加することを特徴とする電解水生成装
置。
【請求項５】前記電源回路は、逆洗浄工程において、前
記電解室内に設けられた電極板に、前記電解工程とは異
なる極性の電圧を印加するとともに、前記電解室外に設
けられた電極板に、前記電解室内に設けられた電極板と
は異なる極性の電圧を印加する逆洗浄回路を有すること
を特徴とする請求の範囲第３項に記載の電解水生成装
置。
【請求項６】前記電源回路は、逆洗浄工程において、前
記電解室内に設けられた電極板に、前記電解工程とは異
なる極性の電圧を印加するとともに、前記電解室外に設
けられた電極板に、前記電解室内に設けられた電極板と
は異なる極性の電圧を印加する逆洗浄回路を有すること
を特徴とする請求の範囲第４項に記載の電解水生成装
置。
【請求項７】前記電源回路は、逆洗浄工程において、前
記電解室内に設けられた電極板の一方に、前記電解水生
成工程とは異なる極性の電圧を印加するとともに、前記
電解室内に設けられた電極板の他方に、前記電解水生成
工程と同一極性の電圧を印加して第１の逆洗浄を行った
のち、前記電解室内に設けられた両電極板への印加電圧
極性を反転させて第２の逆洗浄を行う逆洗浄回路を有す
ることを特徴とする請求の範囲第４項に記載の電解水生
成装置。
【請求項８】前記逆洗浄回路は、前記第１および第２の
逆洗浄中に、前記電解室外に設けられた電極板に電圧を
印加しないことを特徴とする請求の範囲第７項に記載の
電解水生成装置。
【請求項９】前記電解室外の電極板のうちいずれか一方
が、第２の電解室に設けられていることを特徴とする請
求の範囲第２項に記載の電解槽。
【請求項１０】被電解原水が導入され、二つの隔膜によ
り仕切られた第１の電解室および第２の電解室と、前記第１の電解室と前記第２の電解室とのそれぞれに、
前記二つの隔膜をそれぞれ挟んで設けられた二つの電極
板対と、を有する第１の電解槽と、前記第１の電解槽のうち前記第１の電解室で生成された
電解水が導入される第３の電解室と、その主面が相互に対面するように設けられ、前記第３の
電解室内と前記第３の電解室外を区画する二つの隔膜
と、前記第３の電解室内外のそれぞれに、前記二つの隔膜を
それぞれ挟んで設けられた二つの電極板対と、を有し、前記第３の電解室外の電極板が前記隔膜に接触または僅
かな隙間を介して設けられている第２の電解槽と、を備えたことを特徴とする電解槽。
【請求項１１】前記隔膜を挟んで設けられた電極板対
は、ゼロギャップ電極で構成されることを特徴とする請
求の範囲第１項〜第２項、または、請求の範囲第９項〜
第10項の何れかに記載の電解槽。
【請求項１２】前記隔膜を挟んで設けられた電極板対の
うち少なくともいずれか一方には、電極表面で発生する
ガスを前記隔膜に対して背面側へ逃がす孔または隙間が
設けられていることを特徴とする請求の範囲第１項〜第
２項、または、請求の範囲第９項〜第11項の何れかに記
載の電解槽。
【請求項１３】前記電解室外の電極板は、前記隔膜の表
面に電極膜を形成する態様で前記隔膜に設けられている
ことを特徴とする請求の範囲第１項〜第２項、または、
請求の範囲第９項〜第12項の何れかに記載の電解槽。
【請求項１４】前記電極板には、その表面に貴金属コー
ティングが施されていることを特徴とする請求の範囲第
１項〜第２項、または、請求の範囲第９項〜第13項の何
れかに記載の電解槽。
【請求項１５】請求の範囲第１項〜第２項、または、請
求の範囲第９項〜第14項の何れかに記載の電解槽のうち
複数の組み合わせに係る電解槽と、前記電解槽の各電解
室に並列的に原水を導入する給水系と、前記各電解室で
生成された電解水を並列的に取り出す取水系と、を備え
たことを特徴とする電解水生成装置。
【請求項１６】請求の範囲第１項〜第２項、または、請
求の範囲第９項〜第14項の何れかに記載の電解槽と、当
該電解槽に対して電解電圧を供給する電源回路と、を備
える電解水生成装置であって、被電解原水を貯留する貯水タンクと、前記貯水タンクの
被電解原水を同電解水生成装置に導いたのちに前記貯水
タンクに戻す循環系と、をさらに備え、前記被電解原水
を循環させながら電気分解を行うことを特徴とする電解
水生成装置。